泸定水电站枢纽接地网接地电阻超标处理

(四川华电泸定水电有限公司，四川 泸定 626100)

1 工程概况

泸定水电站位于四川省大渡河泸定县境内的大渡河干流上，为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第12个梯级电站。水库正常蓄水位为1378.00m，总库容2.195亿m3，具有日调节功能。安装有4台水轮发电机组，单机容量为230MW，电站总装机容量920MW。2011年10月，首台机组投产发电，2012年6月最后一台机组投产发电。

2 问题的提出

全站接地系统于2011年施工结束，由坝区、厂区接地网组成，枢纽接地网最大对角线2.10km,所在地区为高土壤电阻率地区，电站设计接地电阻应小于0.50Ω。电站为混合式，坝后有约0.78km(长)×0.13km(宽)的回水区。厂址区覆盖层厚40～107.3m，主要由③-1亚层的含漂(块)卵(碎)砾石层和②-1亚层的漂(块)卵(碎)砾石层组成。拦河大坝置于深厚河床覆盖层上，河床覆盖层一般厚120～130m，最大厚度达148.6m，层次结构复杂，且夹有粉细砂或粉土层。

2014年测量枢纽接地电阻值为0.713Ω，超过标准，各区域跨步电势差小于80V，满足设计要求，各区域接触电势差均小于85V，满足设计要求，各区域地网之间的导通电阻小于30μΩ，满足设计要求。

3 处理思路

根据电站枢纽布置、各部位接地系统现状、电站工程地质资料及土壤电阻率的测试资料，为使枢纽接地电阻小于0.5Ω，决定采用敷设接地网和引外接地深井相结合的方式处理(见图1)。

图1 接地网超标处理设计平面图

在大坝下游至电站厂房尾水区之间的回水区域敷设水下地网；水下地网向上与大坝接地系统可靠连接，向下通过厂房尾水渠地网与厂房接地系统地网连接。将水下地网埋设于河床内深约1.5m处，并用钢筋石笼或混凝土块将接地导体沉入水底。

在下游右岸两条泄洪洞附近的河滩区域，新增人工水平接地网，并敷设防腐型物理降阻剂。人工水平接地网埋设于河滩内，该区域人工水平接地网在汛期将置于水下。

在此区域段的河床两侧布置接地深井5孔，根据原地质物探资料，河床两侧覆盖层较厚，地下水位较高，适合用深井引外深井接地方式降阻。1号、2号、3号接地深井位于河道右岸，采用垂直深井方式，每孔深度预计100m，4号、5号位于河道左岸，由于斜井可有效扩大地网范围、减少屏蔽效应，因此4号、5号接地深井采用45°斜井方式，每孔深度预计140m(垂直深度约100m)。

4 接地网规格比较

人工水平接地网均压网面积约320m×50m(长×宽)=16000m2，不同均压网网格间距的工频接地电阻，网格间距15m接地电阻作为基准(0)、网格间距25m接地电阻上升5.10%、网格间距35m接地电阻上升6.70%。接地网均压网格间距对工频接地电阻存在一定影响，因新建人工水平接地网及水下地网对总接地电阻影响较大，采用均压网格间距15～25m。

经现场踏勘及表面土壤电阻率测量，可知深井所在区域表面土壤电阻率约150～430Ω·m，根据原地质物探资料，查《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)附录F(典型土壤、水及岩石电阻率表)，可知ρ2为2000～5000Ω·m。以垂直深井为例，接地深井深度80m接地电阻7.28Ω、100m接地电阻6.584Ω、120m接地电阻6.009Ω。根据计算值及该电站降阻要求，并考虑地质条件的差异性，接地深井深度以100m较为适宜。

5 设计计算

5.1 水下接地网电阻计算

大坝下游至厂房尾水渠间的河床区域水电阻率约为50～85Ω·m。根据《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)，水下接地网接地电阻计算公式为

式中ρs——水电阻率，Ω·m；

Ks——接地电阻系数。

根据现场踏勘情况和土壤电阻率及水电阻率测试资料，可知大坝下游至尾水区域水电阻率约为50～85Ω·m；Ks与水深H、水底覆盖层电阻率ρ以及水下接地网的面积S有关。

在电站枯水期时，大坝下游至电站厂房尾水区之间的回水区域水深约为0.5～1.5m，考虑到枯水期水深，根据《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)附录A曲线推算，接地电阻系数Ks取1.2～1.4。

计算得大坝下游至电站厂房尾水区之间的回水区域水下地网接地电阻为

R水=2.975Ω

5.2 人工水平地网电阻计算

根据地质钻孔资料及现场土壤表层电阻率测试情况，水平接地网所处区域的上层电阻率ρ1约为150～430Ω·m，考虑实测电阻率情况，ρ1计算值取300Ω·m；下层电阻率ρ2约为2000～5000Ω·m，根据电站工程地质资料及《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)，ρ2计算值取2500Ω·m。

根据《水利水电工程接地设计规范》(SL587—2012)，土壤具有两层结构的水平接地网(见图2)的接地电阻计算公式为

式中ρ1、ρ2——上、下层土壤电阻率，Ω·m；

S——接地网总面积，m2；

K——系数,根据《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)，取0.4。

图2 两层土壤电阻率的接地网

为满足接地设计要求，根据现场地貌和踏勘情况，人工水平接地网面积S约为16000m2，经计算得R水平=4.664Ω。

人工水平接地网在电站汛期时，将淹没在水下，其接地电阻值会有一定程度的降低。

5.3 引外深井接地

a.通过2根-60×8的镀锌接地扁钢与新敷设的水下接地网及原厂区枢纽接地网连接；接地深井深度初步设定为100～140m。

b.垂直接地极最底端18m为6套长度为3000mm的高能离子棒，以增加深井的降阻效果；其余部分采用铜镀钢棒。

c.各深井之间的电气距离应大于1.5～2倍井深。

d.根据《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)，加降阻剂后垂直接地体的接地电阻可按下式计算：

e.电阻率ρ的计算方法(见图3)：

L

式中ρ——土壤电阻率，Ω·m；

L——垂直接地体的长度；

ρ1、ρ2——上、下层土壤电阻率，Ω·m；

H——电阻率为ρ1的土壤深度，m，取50m；

d——计算直径，取0.13m。

f.深井接地极接地电阻计算。根据各深井处地质状况，查《水力发电厂接地设计技术导则》(NB/T 35050—2015)附录F(典型土壤、水及岩石电阻率表)后计算得：1～5号深井接地极电阻值分别为6.584Ω、5.586Ω、5.586Ω、6.328Ω、5.434Ω。

图3 接地深井计算断面示意图

5.4 技改后总接地电阻计算

技改后总接地电阻计算见下表。

技改后总接地电阻计算表

计算得R=0.357Ω，考虑各地网的屏蔽效应及季节和环境影响因素，参考导则取综合系数1.3修正计算后，得R总=0.464Ω<0.5Ω。

6 结 语

计算结果表明，新增接地网完工后，与原接地网连接并考虑季节和屏蔽系数，电站接地网的接地电阻可降到0.50Ω以下，满足设计要求。